JP2017104230A - 流体殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流路を流れる流体への紫外光の照射効率を高めて殺菌能力を向上させる。【解決手段】流体殺菌装置１０は、第１端部２１と第１端部２１とは反対側の第２端部２２とを有し、軸方向に延びる処理流路１２を区画する流路管２０と、第１端部２１の近傍に設けられ、処理流路１２に向けて第１端部２１から軸方向に紫外光を照射する光源（第１光源５０）と、第１端部２１の径方向外側を囲う整流室（第１整流室１３）を区画する筐体（第１筐体３０）と、を備える。整流室は、処理流路１２を流れる流体の入口または出口となる流通口（流出口３７）を有し、第１端部２１と、第１端部２１と軸方向に対向する対向部材（第１窓部３６）との間の隙間（第１隙間１５）を介して処理流路１２と連通する。【選択図】図１

Description

本発明は、流体殺菌装置に関し、特に、紫外光を照射して流体を殺菌する技術に関する。

紫外光には殺菌能力があることが知られており、医療や食品加工の現場などでの殺菌処理に紫外光を照射する装置が用いられている。また、水などの流体に紫外光を照射することで、流体を連続的に殺菌する装置も用いられている。このような装置として、例えば、直管状の金属パイプで形成される流路の管端部内壁に紫外線ＬＥＤを配置した装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１６０７４号公報

上述の直管状の流路の端部に紫外線ＬＥＤを配置する構成では、流路の軸方向と交差する方向に延びる入口または出口が設けられるため、入口または出口の近傍において流体の流れに乱れが生じる。流体に高効率で紫外光を照射するためには、流路内の流れの状態を適切に制御するとともに、流れの状態に適した態様で紫外光を照射することが望ましい。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、流路内を流れる流体への紫外光の照射効率を高めた流体殺菌装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の流体殺菌装置は、第１端部と第１端部とは反対側の第２端部とを有し、軸方向に延びる処理流路を区画する流路管と、第１端部の近傍に設けられ、処理流路に向けて第１端部から軸方向に紫外光を照射する光源と、第１端部の径方向外側を囲う整流室を区画する筐体と、を備える。整流室は、処理流路を流れる流体の入口または出口となる流通口を有し、第１端部と、第１端部と軸方向に対向する対向部材との間の隙間を介して処理流路と連通する。

この態様によれば、第１端部の周囲に整流室を設けることで、流路管に流通口を直接設ける場合と比べて処理流路内の流れに生じる乱れを緩和し、処理流路内の流れを整えることができる。特に、光源に近い第１端部の近傍において流れに乱れが生じるのを抑え、流れを整流化させることができる。本態様によれば、光源に近い第１端部の近傍の流れを整えて高強度の紫外光を照射することができるため、殺菌効率を高めることができる。

対向部材の少なくとも一部は、光源からの紫外光を透過させる材料で構成され、光源は、筐体と対向部材とにより区画される光源室内に設けられてもよい。

対向部材は、前記隙間の軸方向の寸法が第１端部の全周にわたって一定となるように配置されてもよい。

流通口に接続される接続管をさらに備えてもよい。接続管は、前記隙間から流通口に向かう方向と交差する方向に延びてもよい。

流通口は、前記隙間から軸方向にずれた位置に設けられてもよい。

整流室は、流路管の外側において第１端部から第２端部に向けて軸方向に延在する区間を有してもよい。

流路管は、光源からの紫外光を反射する材料で構成されてもよい。

筐体は、流路管よりも紫外光の反射率が低い材料で構成されてもよい。

流路管は、第１端部から径方向内側に突出する突出部を有してもよい。

光源は、紫外光を発する少なくとも一つの発光素子を有し、軸方向と直交する処理流路の断面において中央付近の紫外光強度がその周囲の紫外光強度よりも高い強度分布となるように紫外光を照射してもよい。

光源は、光源から出力される指向角半値幅の範囲内の紫外光の全てが流路管の内部に入射されるように配置されてもよい。

処理流路を流れる流体を整流するための整流板をさらに備えてもよい。

本発明によれば、流路内を流れる流体への紫外光の照射効率を高めて殺菌能力を向上させることができる。

第１の実施の形態に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 発光素子の配向特性を示すグラフである。 比較例に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 変形例に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 図４に示す流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 変形例に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 第２の実施の形態に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 変形例に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。 変形例に係る流体殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る流体殺菌装置１０の構成を概略的に示す図である。流体殺菌装置１０は、流路管２０と、第１筐体３０と、第２筐体４０と、第１光源５０と、第２光源５５とを備える。第１光源５０および第２光源５５は、流路管２０の内部に向けて紫外光を照射する。流体殺菌装置１０は、流路管２０の内部を流れる流体（水など）に紫外光を照射して殺菌処理を施すために用いられる。

本明細書では、内容の理解を助けるために、流路管２０の長手方向を「軸方向」と呼ぶことがある。例えば、図１において、中心軸Ａに平行な方向が軸方向である。また、軸方向に直交する方向を径方向と呼び、軸方向を包囲する方向を周方向と呼ぶことがある。また、流路管２０の両端（第１端部２１および第２端部２２）の位置を基準として、流路管２０の内部に向かう方向を「内側」と呼び、流路管２０の外部に向かう方向を「外側」と呼ぶことがある。

流路管２０は、円筒状の側壁２６で構成される直管である。流路管２０は、第１端部２１と、第１端部２１とは反対側の第２端部２２とを有し、第１端部２１から第２端部２２に向けて軸方向に延びる。第１端部２１には第１光源５０からの紫外光が入射し、第２端部２２には第２光源５５からの紫外光が入射する。流路管２０は、流体への紫外光照射がなされる処理流路１２を区画する。

流路管２０は、金属材料や樹脂材料で構成される。流路管２０は、紫外光の反射率が高い材料で構成されることが望ましく、例えば、内面２３が鏡面研磨されたアルミニウム（Ａｌ）や、全フッ素化樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で構成される。これらの材料で流路管２０を構成することで、第１光源５０および第２光源５５が発する紫外光を内面２３で反射させて流路管２０の長手方向に伝搬させることができる。特に、ＰＴＦＥは、化学的に安定した材料であり、紫外光の反射率が高い材料であるため、処理流路１２を構成する流路管２０の材料として好適である。

流路管２０は、第１端部２１から径方向内側に突出する第１突出部２１ａと、第２端部２２から径方向内側に突出する第２突出部２２ａとを有する。第１突出部２１ａおよび第２突出部２２ａは、第１端部２１または第２端部２２の全周にわたって形成され、流路管２０の内径を狭くする形状を有する。第１突出部２１ａおよび第２突出部２２ａは、径方向の突出量が軸方向に徐々に変化する形状を有してもよく、図示される中心軸Ａを含む断面において、三角形となる断面形状を有してもよい。

第１突出部２１ａおよび第２突出部２２ａは、第１光源５０または第２光源５５から直接出力される紫外光の入射を妨げないような範囲に形成され、例えば、第１光源５０または第２光源５５の指向角半値幅φの範囲内の紫外光を遮らないように形成される。第１突出部２１ａおよび第２突出部２２ａを設けることで、流路管２０の内面２３で反射ないし散乱されて流路管２０の外へ向かう紫外光の一部を第１突出部２１ａまたは第２突出部２２ａで反射させて流路管２０の内側に戻すことができる。

第１筐体３０は、第１端部２１の周囲を取り囲むように設けられ、第１整流室１３と第１光源室１７を区画する。第１筐体３０は、金属材料や樹脂材料で構成される。第１筐体３０は、第１光源５０が発する紫外光の反射率が低い材料で構成されることが望ましく、流路管２０よりも紫外光反射率が低い材料で構成されることが望ましい。第１筐体３０は、第１光源５０からの紫外光を吸収する材料で構成されてもよい。このような材料で第１筐体３０を構成することで、第１光源５０からの紫外光が第１筐体３０の内面で反射され、流出管３８から外に漏れ出すのを抑えることができる。

第１筐体３０は、第１側壁３２と、第１内側端壁３３と、第１外側端壁３４とを有する。第１側壁３２は、第１内側端壁３３から第１外側端壁３４まで軸方向に延びる円筒形状の部材であり、流路管２０の中心軸Ａと同軸となる位置に設けられる。第１内側端壁３３は、流路管２０の側壁２６から第１側壁３２に向けて径方向外側に延びる部材であり、円環形状（ドーナツ形状）を有する。第１内側端壁３３は、第１端部２１よりも軸方向内側の位置に設けられ、流路管２０の外面２４に固定されている。第１外側端壁３４は、第１端部２１よりも軸方向外側の位置に設けられる円板形状の部材である。したがって、第１内側端壁３３と第１外側端壁３４は、第１端部２１を挟んで軸方向に対向する位置に設けられる。

第１筐体３０の内部には、第１光源５０からの紫外光を透過する第１窓部３６が設けられる。第１窓部３６は、石英（ＳｉＯ_２）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、非晶質のフッ素系樹脂などの紫外光の透過率が高い部材で構成される。第１窓部３６は、第１筐体３０の内部を第１整流室１３と第１光源室１７に区画する。第１整流室１３は、第１側壁３２、第１内側端壁３３および第１窓部３６により区画される領域であり、第１端部２１の径方向外側を囲うように環状に設けられる領域である。第１光源室１７は、第１側壁３２、第１外側端壁３４および第１窓部３６で区画される領域であり、第１光源５０が設けられる。

第１窓部３６は、第１端部２１と軸方向に対向する対向部材であり、第１端部２１との間にわずかな寸法の第１隙間１５が設けられるように第１端部２１の近傍に配置される。第１隙間１５は、例えば、処理流路１２や第１整流室１３の通水断面積よりも狭くなるように形成される。第１窓部３６は、第１隙間１５の寸法が第１端部２１の全周にわたって一定となるように配置されることが好ましく、第１端部２１の端面と第１窓部３６の対向面とが略平行となるように配置されることが好ましい。第１隙間１５を全周にわたって均一にすることで、第１隙間１５を通じて処理流路１２から第１整流室１３へ向かう流体の流れを整え、処理流路１２の第１端部２１の近傍において流れに乱れが生じるのを緩和する。

第１筐体３０には、流出口３７と流出管３８が設けられる。流出口３７は、処理流路１２にて紫外光が照射される流体が流出する流通口であり、第１整流室１３と連通する位置に設けられる。流出口３７は、例えば、図示されるように第１側壁３２に設けられる。流出管３８は、流出口３７に取り付けられる接続管であり、流体殺菌装置１０と接続される配管やチューブコネクタが取り付け可能となるように構成される。

流出口３７および流出管３８は、第１隙間１５から流出口３７に向かう方向と、流出管３８の長手方向とが同一直線上に乗らない位置に配置される。具体的には、流出口３７は、第１隙間１５から軸方向にずれた位置に配置され、流出管３８は、第１隙間１５から流出口３７に向かう方向と交差する方向（図示する例では、径方向）に延びる。このような配置とすることで、第１隙間１５の周方向の異なる位置に応じて流速にばらつきが生じる影響を緩和できる。より具体的には、流出管３８の流れの方向に起因して、第１隙間１５を流れる流体のうち流出口３７に相対的に近い位置の流れＦ１が速くなり、流出口３７に相対的に遠い位置の流れＦ２が遅くなる影響を低減できる。

第１光源５０は、第１光源室１７の内部に設けられ、第１端部２１の開口に向けて紫外光を出力するように配置される。第１光源５０は、第１端部２１の近傍に設けられることが望ましく、第１光源５０の指向角半値幅φの範囲内の紫外光の全てが処理流路１２の内部に入射するように配置されることが好ましい。具体的には、第１光源５０の光出射部から第１端部２１までの軸方向の距離をｌ、第１端部２１の開口幅をｄとすると、ｌ≦ｄ／（２ｔａｎ（φ／２））となるように配置されることが好ましい。

第１光源５０は、第１発光素子５１と、第１基板５２とを有する。第１発光素子５１は、紫外光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、その中心波長またはピーク波長が約２００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲に含まれる。第１発光素子５１は、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ〜２９０ｎｍ付近の紫外光を発することが好ましい。このような紫外光ＬＥＤとして、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いたものが知られている。

図２は、第１発光素子５１の配向特性を示すグラフである。第１発光素子５１は、所定の指向角または配光角を有するＬＥＤであり、図示されるように指向角半値幅φが１２０度程度となる広配光角のＬＥＤである。このような第１発光素子５１として、出力強度の高い表面実装（ＳＭＤ；surface mount device)型のＬＥＤが挙げられる。第１発光素子５１は、流路管２０の中心軸Ａの上に配置され、第１窓部３６と対向するようにして第１基板５２に取り付けられる。第１基板５２は、熱伝導性の高い部材で構成され、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などがベース材料として用いられる。第１発光素子５１が発する熱は、第１基板５２を通じて放熱される。

第２筐体４０は、第１筐体３０と同様に構成される。第２筐体４０は、第２端部２２の周囲を取り囲むように設けられ、第２整流室１４と第２光源室１８を区画する。第２筐体４０は、第２側壁４２と、第２内側端壁４３と、第２外側端壁４４とを有する。

第２側壁４２は、第２内側端壁４３から第２外側端壁４４まで軸方向に延びる円筒部材であり、流路管２０の中心軸Ａと同軸となる位置に設けられる。第２内側端壁４３は、第２端部２２よりも軸方向内側の位置に設けられる円環形状の部材であり、流路管２０の外面２４に固定されている。第２外側端壁４４は、第２端部２２よりも軸方向外側の位置に設けられる円板状の部材である。第２内側端壁４３と第２外側端壁４４は、第２端部２２を挟んで軸方向に対向する位置に設けられる。

第２筐体４０の内部には、第２光源５５からの紫外光を透過する第２窓部４６が設けられる。第２窓部４６は、第２筐体４０の内部を第２整流室１４と第２光源室１８に区画する。第２整流室１４は、第２側壁４２、第２内側端壁４３および第２窓部４６により区画される領域であり、第２端部２２の径方向外側を囲うように環状に設けられる領域である。第２光源室１８は、第２側壁４２、第２外側端壁４４および第２窓部４６で区画される領域であり第２光源５５が設けられる。

第２窓部４６は、第２端部２２と軸方向に対向する対向部材であり、第２端部２２との間にわずかな寸法の第２隙間１６が設けられるようにして第２端部２２の近傍に配置される。第２隙間１６は、例えば、処理流路１２や第２整流室１４の通水断面積よりも狭くなるように形成される。第２窓部４６は、第２隙間１６の寸法が第２端部２２の全周にわたって一定となるように配置されることが好ましく、第２端部２２の端面と第２窓部４６の対向面とが略平行となるように配置されることが好ましい。

第２筐体４０には、流入口４７と流入管４８が設けられる。流入口４７は、処理流路１２にて紫外光が照射される流体が流入する流通口であり、第２整流室１４と連通する位置に設けられる。流入管４８は、流入口４７に取り付けられる接続管である。流入口４７および流入管４８は、第２隙間１６から流入口４７に向かう方向と、流入管４８の長手方向とが同一直線上に乗らない位置に配置される。具体的には、流入口４７は、第２隙間１６から軸方向にずれた位置に配置され、流入管４８は、第２隙間１６から流入口４７に向かう方向と交差する方向（図示する例では、径方向）に延びる。このような配置とすることで、流入管４８の流れの方向に起因して第２隙間１６を流れる流体のうち流入口４７に相対的に近い位置の流れＦ３が速くなり、流入口４７に相対的に遠い位置の流れＦ４が遅くなる影響を低減できる。

第２光源５５は、第２光源室１８の内部に設けられ、第２端部２２の開口に向けて紫外光を出力するように配置される。第２光源５５は、上述の第１光源５０と同様、第２端部２２の近傍に設けられることが望ましく、第２光源５５の指向角半値幅φの範囲内の紫外光の全てが処理流路１２の内部に入射するように配置されることが好ましい。第２光源５５は、第１光源５０と同様に構成され、第２発光素子５６と第２基板５７を有する。

以上の構成により、流体殺菌装置１０は、処理流路１２を流れる流体に向けて第１光源５０および第２光源５５からの紫外光を照射して殺菌処理を施す。処理対象となる流体は、流入管４８、流入口４７、第２整流室１４、第２隙間１６を通って第２端部２２から処理流路１２の内部に流入する。処理流路１２を流れる流体は、例えば、軸方向に直交する断面において中央付近の流速ｖ_１が相対的に速く、内面２３付近の流速ｖ_２が相対的に遅い状態に整流化される。処理流路１２を通過した流体は、第１端部２１から第１隙間１５、第１整流室１３、流出口３７、流出管３８を通って流出する。

このとき、第２整流室１４は、流入管４８および流入口４７を通じて流入する流体の流れを整え、周方向に異なる位置から第２隙間１６を通って放射状（径方向内側）に処理流路１２に流入する流体の流れを均一化させる。第２整流室１４は、第２隙間１６の流れを均一化することで、第２端部２２の近傍の位置から処理流路１２の流れが整流化されるようにする。同様に、第１整流室１３は、流出口３７および流出管３８を通じて流出する流体の流れを整え、処理流路１２から第１隙間１５を通って放射状（径方向外側）に流出する流体の流れを均一化させる。第１整流室１３は、第１隙間１５の流れを均一化することで、第１端部２１の近傍の位置まで処理流路１２の流れが整流化された状態で維持されるようにする。

第１光源５０および第２光源５５は、上述のように整流化されて処理流路１２を流れる流体に向けて紫外光を照射する。第１光源５０および第２光源５５は、図２に示すような中央付近の強度が高く、径方向外側の強度が低くなる強度分布を有するため、処理流路１２の流速分布に対応した強度で紫外光を照射できる。つまり、流速の高い中央付近に高強度の紫外光を照射し、流速の低い径方向外側の位置には低強度の紫外光を照射することができる。その結果、処理流路１２を通過する流体に作用する紫外光のエネルギー量を流体が通過する径方向の位置によらずに均一化できる。これにより、処理流路１２を流れる流体の全体に対して所定以上のエネルギー量の紫外光を照射することができ、流体全体に対する殺菌効果を高めることができる。

つづいて、本実施の形態が奏する効果について、比較例を参照しながら説明する。
図３は、比較例に係る流体殺菌装置８０の構成を示す。流体殺菌装置８０は、処理流路８１を区画する直管８２と、直管８２の内部に紫外光を照射する光源８８とを備える。直管８２は、第１端部８３と、第２端部８４とを有する。第１端部８３には径方向に延びる流入口８５が設けられ、第２端部８４には径方向に延びる流出口８６が設けられる。第１端部８３には、光源８８からの紫外光を透過させるための窓部８７が設けられる。

比較例おいて、流入口８５から流入する流体は、処理流路８１を軸方向に流れて流出口８６から流出する。流入口８５は、直管８２の側方に直接取り付けられているため、第１端部８３の近傍では流体の流れに乱れが生じる。流入口８５から流入する流体は、流入口８５に対向する直管８２の側壁に向かう流れが支配的であり、処理流路８１の内部では流入口８５に対向する側壁の近くを流れる流体の速度が相対的に速くなる。その結果、図示されるような直管８２の中心軸Ａに対して非対称な速度分布が生じ、光源８８からの紫外光を効率的に流体に作用させることが難しくなる。また比較例では、光源８８から出力される紫外光の一部が流入口８５に直接向かうことのできる構成であるため、流入口８５から紫外光が漏れやすい。

一方、本実施の形態では、流路管２０の両端に第１整流室１３および第２整流室１４を設ける構成としているため、比較例と比べて処理流路１２に生じる流れの乱れを抑制できる。特に、流体殺菌装置１０の処理能力を高めるために処理流路１２を通る流体の平均流速を高めるような場合であっても整流化された状態の維持が容易となる。したがって、本実施の形態によれば、乱れの少ない状態で流れる流体に紫外光を効果的に作用させて殺菌効果を高めることができる。

本実施の形態によれば、第１光源５０および第２光源５５から出力される紫外光の大半が流路管２０の内部に入射するよう構成され、流路管２０の内部に入射する紫外光は、流路管２０の内面２３にて反射を繰り返しながら軸方向に伝搬していく。そのため、第１光源５０および第２光源５５から出力される紫外光を効率的に利用して殺菌効率を高めることができる。また、第１端部２１および第２端部２２に紫外光の入射を妨げない範囲で突出部２１ａ，２１ｂが設けられるため、流路管２０の内部により多くの紫外光が閉じ込められるようにして紫外光の利用効率を高めることができる。

本実施の形態によれば、第１光源５０および第２光源５５から出力される紫外光の大半を流路管２０の内部に閉じ込めることができるため、流路管２０の外部に漏れ出す紫外光の量を低減できる。また、第１筐体３０および第２筐体４０が紫外光を反射しにくい材料で構成されるため、紫外光が第１筐体３０または第２筐体４０の内面を反射しながら伝搬するのを防ぎ、流出管３８または流入管４８から流体殺菌装置１０の外に紫外光が漏洩しないようにできる。これにより、流体殺菌装置１０の安全性を高めるとともに、流出管３８や流入管４８に接続される樹脂製のチューブやコネクタ等が紫外光の照射を受けて劣化する影響を低減できる。

（第１変形例）
図４は、第１変形例に係る流体殺菌装置１１０の構成を概略的に示す断面図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ線断面を示す図である。本変形例は、第１筐体３０の第１側壁３２から径方向外側に突出する第１リブのペア１３８ａ，１３８ｂが第１側壁３２の全周にわたって形成され、第１リブのペア１３８ａ，１３８ｂの間に流出口１３７が形成される点で上述の実施の形態と相違する。同様に、第２筐体４０の第２側壁４２から径方向外側に突出する第２リブのペア１４８ａ，１４８ｂが第２側壁４２の全周にわたって形成され、第２リブのペア１４８ａ，１４８ｂの間に流入口１４７が形成される点で上述の実施の形態と相違する。以下、流体殺菌装置１１０について、第１の実施の形態に係る流体殺菌装置１０との相違点を中心に説明する。

流体殺菌装置１１０は、流路管２０と、第１筐体３０と、第２筐体４０と、第１光源５０と、第２光源５５とを備える。第１筐体３０の第１側壁３２には、流出口１３７を区画する第１リブのペア１３８ａ，１３８ｂが設けられる。第１リブのペア１３８ａ，１３８ｂは、第１側壁３２から径方向外側に突出する円環状の部材であり、軸方向に対向している。第１リブのペア１３８ａ，１３８ｂの間には、両者を接続するための第１スペーサ１３９が設けられる。第１スペーサ１３９は、例えば図５に示されるように４箇所の位置に設けられる。第１スペーサ１３９が設けられる位置は流路が塞がれ、第１スペーサ１３９が設けられていない位置は流出口１３７となる。

第１筐体３０と同様に、第２筐体４０の第２側壁４２には、流入口１４７を区画する第２リブのペア１４８ａ，１４８ｂが設けられる。第２リブのペア１４８ａ，１４８ｂは、第２側壁４２から径方向外側に突出する円環状の部材であり、軸方向に対向している。第２リブのペア１４８ａ，１４８ｂの間には、両者を接続するための第２スペーサ１４９が設けられる。第２スペーサ１４９が設けられる位置は流路が塞がれ、第２スペーサ１４９が設けられていない位置は流入口１４７となる。

本変形例によれば、流出口１３７が中心軸Ａの周りに対称に配置されるとともに、流入口１４７が中心軸Ａの周りに対称に配置されるため、流出管３８や流入管４８の非対称な配置に起因して処理流路１２の内部に生じる流れの乱れをより緩和させることができる。したがって、本変形例によれば、処理流路１２の内部の流れを整えて紫外光の照射効果をより高めることができる。流体殺菌装置１１０は、例えば、処理対象の流体として空気などの気体を用いることができる。

（第２変形例）
図６は、第２変形例に係る流体殺菌装置１６０の構成を概略的に示す断面図である。本変形例は、第２筐体４０の内部に第２光源室１８および第２光源５５が設けられず、代わりに反射体１７０が設けられる点で上述の実施の形態と相違する。以下、流体殺菌装置１６０について、第１の実施の形態に係る流体殺菌装置１０との相違点を中心に説明する。

流体殺菌装置１６０は、流路管２０と、第１筐体３０と、第２筐体４０と、第１光源５０と、反射体１７０とを備える。反射体１７０は、第２筐体４０の内部において第２端部２２と対向する位置に設けられる。反射体１７０は、紫外光の反射率が高い材料で構成され、鏡面研磨されたアルミニウムやＰＴＦＥなどで構成される。反射体１７０は、第１光源５０から出力され、流路管２０の内部を第２端部２２まで伝搬する紫外光を反射し、第１端部２１に向けて戻す。

反射体１７０は、第２端部２２と軸方向に対向する対向部材であり、第２端部２２との間に第２隙間１６を形成する。反射体１７０は、第２隙間１６の寸法が第２端部２２の全周にわたって一定となるように配置されることが好ましく、また、第２隙間１６の寸法がわずかとなるように第２端部２２に近接して配置されることが好ましい。第２隙間１６の寸法を小さくすることにより、第２隙間１６による整流効果を高めることができる。

反射体１７０は、平坦な反射面を有してもよいし、曲面となる反射面を有してもよい。反射体１７０は、中心軸Ａの周りに回転対称となる形状の凹曲面を有してもよく、反射体１７０により反射される紫外光が流路管２０の内部に向けて集光されるように構成されてもよい。

反射体１７０は、第２筐体４０とは別の部材として構成されるが、さらなる変形例においては第２筐体４０と一体化されていてもよい。第２筐体４０と反射体１７０が一体化される場合、第２外側端壁４４が反射体１７０として機能してもよい。この場合、第２外側端壁４４が第２端部２２に対向する対向部材となり、第２端部２２と第２外側端壁４４の間により第２隙間１６が規定されてもよい。

本変形例によれば、紫外光を発する光源を流路管２０の一方の端部のみに設ける場合であっても他方の端部に反射体１７０を設けることで、紫外光の照射効率を高めることができる。

（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係る流体殺菌装置２１０の構成を概略的に示す断面図である。本実施の形態は、第２筐体４０を設ける代わりに、流入管２４０が流路管２０の第２端部２２に設けられる点で上述の実施の形態と相違する。以下、流体殺菌装置２１０について上述の第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

流体殺菌装置２１０は、流路管２０と、第１筐体３０と、流入管２４０と、第１光源５０と、整流板２１４とを備える。流路管２０、第１筐体３０および第１光源５０は、上述の第１の実施の形態と同様に構成される。

流入管２４０は、漏斗状の部材であり、口径の大きい第２端部２２と口径の小さい流入口２４７とを接続する。流入管２４０は、第２端部２２に接続される接続端部２４４と、円錐状の円錐部２４６と、流入口２４７を規定する接続管２４８とを有する。流入管２４０は、流路管２０の中心軸Ａと同軸となるように配置され、流入口２４７から流入する流体を処理流路１２に向けて軸方向に流すための流入路２４２を区画する。流入管２４０は、樹脂材料や金属材料で構成され、紫外光の反射率が低い材料で構成されることが望ましい。

整流板２１４は、第２端部２２の近傍に設けられ、流入口２４７から流入する流体の流れを整えて処理流路１２の流れを整流化する。整流板２１４は、例えば、流路管２０の軸方向に貫通する複数の通水孔を有し、複数の通水孔を通過する流体が整流化された状態になるようにする。整流板２１４は、図示するように流路管２０の内部に設けてもよいし、流入管２４０の内部に設けてもよい。

整流板２１４は、紫外光を反射する材料で構成され、例えば、アルミニウムやＰＴＦＥで構成される。整流板２１４は、第１光源５０からの紫外光を反射させて第１端部２１の方へ戻すとともに、第１光源５０からの紫外光が流入口２４７から漏れ出さないように遮蔽する。整流板２１４は、複数の通水孔を通じて紫外光が漏れ出さないように、通水孔の口径よりも整流板２１４の軸方向の厚さが大きくなるように構成されてもよい。

以上の構成により、流体殺菌装置２１０は、処理流路１２を流れる流体に向けて第１光源５０からの紫外光を照射して殺菌処理を施す。処理対象となる流体は、流入口２４７、流入路２４２、整流板２１４を通って処理流路１２の内部に流入する。処理流路１２において紫外光の照射を受けた流体は、第１端部２１から第１隙間１５、第１整流室１３、流出口３７、流出管３８を通って流出する。

本実施の形態によれば、流体を軸方向に流入させる流入管２４０と流体の流れを整える整流板２１４が流入側に設けられ、流出側に第１整流室１３が設けられるため、処理流路１２を流れる流体に乱れが生じないようにすることができる。また、整流化された状態で処理流路１２を流れる流体に対して流速分布に対応した強度分布を有する紫外光を照射できるため、流体に効果的に紫外光を作用させることができる。したがって、本実施の形態においても、上述の第１の実施の形態と同様、流体全体に対する殺菌効果を高めることができる。

（第３変形例）
図８は、第３変形例に係る流体殺菌装置２６０の構成を概略的に示す断面図である。本変形例は、第１筐体３０と流入管２４０を一体化させたような筐体２７０を備える点で上述の第２の実施の形態と相違する。以下、流体殺菌装置２６０について、第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。

流体殺菌装置２６０は、流路管２０と、第１光源５０と、筐体２７０と、整流板２１４とを備える。筐体２７０は、流路管２０の周囲全体を取り囲む構造体であり、その内部に処理流路１２と整流室２１３の二重構造が区画されるようにする。筐体２７０は、側壁２３２、内側端壁２３３、外側端壁２３４、窓部２３６、流出口２３７、流出管２３８、接続端部２４４、円錐部２４６、接続管２４８を有する。

内側端壁２３３は、第２端部２２または第２端部２２の近傍から側壁２３２に向けて径方向外側に延びる。外側端壁２３４は、第１端部２１よりも軸方向外側の位置に設けられる。側壁２３２は、内側端壁２３３から外側端壁２３４まで軸方向に延在し、流路管２０よりも軸方向に長い。窓部２３６は、筐体２７０の内部の第１端部２１と対向する位置に設けられる。

整流室２１３は、流路管２０、側壁２３２、内側端壁２３３および窓部２３６により区画され、流路管２０とほぼ同じ軸方向の長さを有する。したがって、整流室２１３は、流路管２０の外側において第１端部２１から第２端部２２に向けて軸方向に延在する区間を有する。流出口２３７は、第１端部２１から軸方向に離れた位置に設けられ、第１端部２１よりも第２端部２２に近い位置に設けられる。流出管２３８は、流出口２３７から径方向外側に延びる。

本変形例によれば、整流室２１３の軸方向の長さが上述の第２の実施の形態よりも長いため、整流室２１３による整流効果を高めることができる。特に、第１端部２１と流出口２３７が軸方向に離れているため、流出口２３７の近傍において流れに乱れが生じる場合であっても、その乱れが第１端部２１にまで波及する影響を抑制できる。したがって、本変形例によれば、処理流路１２の流れがより均一な状態とすることができ、流体に対する紫外光の照射効率をより高めることができる。

（第４変形例）
図９は、第４変形例に係る流体殺菌装置３１０の構成を模式的に示す断面図である。流体殺菌装置３１０は、複数の発光素子３５１を含む光源３５０を備える点で上述の第２の実施の形態と相違する。以下、流体殺菌装置３１０について、上述の第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。

流体殺菌装置３１０は、流路管２０と、第１筐体３０と、流入管２４０と、光源３５０とを備える。流路管２０、第１筐体３０および流入管２４０は、上述の第２の実施の形態と同様に構成される。

光源３５０は、複数の発光素子３５１と、基板３５２とを有する。各発光素子３５１は、上述の第１発光素子５１または第２発光素子５６と同様に構成される。複数の発光素子３５１は、基板３５２の上に設けられ、第１端部２１から流路管２０の内部に紫外光を照射する向きに配置される。

複数の発光素子３５１は、例えば、流路管２０の中心軸Ａの近傍に密集して配置され、中心軸Ａの周りに対称的に配置される。例えば、光源３５０は、４個の発光素子３５１を有し、４個の発光素子３５１が中心軸Ａから等距離の位置に均等に配置される。これにより、光源３５０は、処理流路１２の軸方向の断面において中央付近の強度が相対的に高く、径方向外側の強度が相対的に低い紫外光を照射する。なお、光源３５０は３個以下の発光素子３５１を有してもよいし、５個以上の発光素子３５１を有してもよい。

本変形例によれば、光源３５０が複数の発光素子３５１を有するため、より高強度の紫外光を処理流路１２を流れる流体に照射できる。また、処理流路１２の内部の流速分布に対応させて中央付近の光強度を相対的に高くし、内面２３の近傍の光強度を相対的に低くすることで、処理流路１２を流れる流体全体に対して効果的に紫外光を照射できる。したがって本変形例によれば、紫外光照射による殺菌効果を高めることができる。

以上、本発明を実施の形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態および変形例では、流体に紫外光を照射して殺菌処理を施すための装置として説明した。さらなる変形例においては、紫外光の照射により流体に含まれる有機物を分解させる浄化処理に本流体殺菌装置を用いてもよい。

上述の実施の形態および変形例では、紫外光を透過する窓部により光源室と整流室の間が区画される構成を示した。さらなる変形例においては、光源室と整流室の間を隔てる隔壁が設けられ、隔壁の一部に窓部が設けられる構成であってもよい。この場合、隔壁は紫外光を透過しない材料で構成されてもよい。また、隔壁は、流路管の端部と対向する対向部材として機能し、流路管の端部との間に隙間を形成してもよい。

さらなる変形例においては、流路管２０の中心軸Ａと同軸となる流入管２４０を設ける代わりに、流路管２０から径方向に延びる流入管を設けてもよい。つまり、流路管２０の第２端部の開口を塞ぐとともに、第２端部２２の近傍の側壁２６から径方向に延びる流入管を設けてもよい。

さらなる変形例においては、上述の実施の形態または変形例にて示した流れの方向と逆向きに流体を流してもよい。つまり、流入口と流出口をそれぞれ逆に用いてもよい。例えば、図７に示す第２の実施の形態において、流出口３７から流体を流入させ、流入口２４７から流体を流出させてもよい。つまり、符号３７で示される流通口を流入口として使用し、符号２４７で示される流通口を流出口として使用してもよい。

さらなる変形例において、光源は、発光素子が発する紫外光の強度分布を調整するための調整機構を有してもよい。調整機構は、レンズなどの透過型の光学素子や、凹面鏡などの反射型の光学素子を含んでもよい。調整機構は、発光素子からの紫外光の強度分布を調整することにより、光源から出力される紫外光の強度分布が整流化された流れの速度分布に対応した形状となるようにしてもよい。このような調整機構を設けることで、流体の流れの態様に適した強度分布の紫外光を照射することができ、殺菌効率をより高めることができる。

１０…流体殺菌装置、１２…処理流路、１３…第１整流室、１４…第２整流室、１５…第１隙間、１６…第２隙間、１７…第１光源室、１８…第２光源室、２０…流路管、２１…第１端部、２１ａ…第１突出部、２２…第２端部、２２ａ…第２突出部、３０…第１筐体、３７…流出口、３８…流出管、４０…第２筐体、４７…流入口、４８…流入管、５０…第１光源、５５…第２光源。

Claims (12)

1. 第１端部と前記第１端部とは反対側の第２端部とを有し、軸方向に延びる処理流路を区画する流路管と、
   前記第１端部の近傍に設けられ、前記処理流路に向けて前記第１端部から前記軸方向に紫外光を照射する光源と、
   前記第１端部の径方向外側を囲う整流室を区画する筐体と、を備え、
   前記整流室は、前記処理流路を流れる流体の入口または出口となる流通口を有し、前記第１端部と、前記第１端部と前記軸方向に対向する対向部材との間の隙間を介して前記処理流路と連通することを特徴とする流体殺菌装置。
2. 前記対向部材の少なくとも一部は、前記光源からの紫外光を透過させる材料で構成され、
   前記光源は、前記筐体と前記対向部材とにより区画される光源室内に設けられることを特徴とする請求項１に記載の流体殺菌装置。
3. 前記対向部材は、前記隙間の前記軸方向の寸法が前記第１端部の全周にわたって一定となるように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の流体殺菌装置。
4. 前記流通口に接続される接続管をさらに備え、
   前記接続管は、前記隙間から前記流通口に向かう方向と交差する方向に延びることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
5. 前記流通口は、前記隙間から前記軸方向にずれた位置に設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
6. 前記整流室は、前記流路管の外側において前記第１端部から前記第２端部に向けて軸方向に延在する区間を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
7. 前記流路管は、前記光源からの紫外光を反射する材料で構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
8. 前記筐体は、前記流路管よりも前記紫外光の反射率が低い材料で構成されることを特徴とする請求項７に記載の流体殺菌装置。
9. 前記流路管は、前記第１端部から径方向内側に突出する突出部を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
10. 前記光源は、紫外光を発する少なくとも一つの発光素子を有し、前記軸方向と直交する前記処理流路の断面において中央付近の紫外光強度がその周囲の紫外光強度よりも高い強度分布となるように紫外光を照射することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
11. 前記光源は、前記光源から出力される指向角半値幅の範囲内の紫外光の全てが前記流路管の内部に入射されるように配置されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。
12. 前記処理流路を流れる流体を整流するための整流板をさらに備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の流体殺菌装置。

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